Reale Funksignale simulieren Live-Spektren aufzeichnen und nutzbar machen

Autor / Redakteur: Gert Heuer * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Für belastbare Ergebnisse brauchen Testingenieure echte Funksignale. Dabei unterstützt der I/Q-Datenrekorder R&S IQR. Das Messgerät verspricht hohe Datenraten und verfügt über zwei Kanäle.

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Live-Spektren aufzeichnen: Der I/Q-Datenrekorder R&S IQR zeichnet die digitale Modulation (Basisband) auf, welche das Spektrum erzeugt.
Live-Spektren aufzeichnen: Der I/Q-Datenrekorder R&S IQR zeichnet die digitale Modulation (Basisband) auf, welche das Spektrum erzeugt.
(Bild: Rohde & Schwarz)

Vektor-Signalgeneratoren liefern heute jedes gewünschte Funksignal auf Knopfdruck und bis in die letzten Feinheiten konfigurierbar. Ein reales Funkumfeld hält aber so manche Komplikation bereit. Da ist es ratsam, Geräte in hohen Stückzahlen wie Mobiltelefone und Satelliten-Navigationsgeräte schon in der Entwicklungsphase mit realen Signalen zu beaufschlagen, um alle Eventualitäten zu berücksichtigen. Dazu ist es notwendig, entsprechende Signale an typischen, als kritisch betrachteten Orten aufzuzeichnen und ins Labor zu bringen.

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High-Speed-Konfiguration mit bis zu 99,5 MS/s

Die genannten Aufgaben übernehmen I/Q-Datenrekorder wie der R&S IQR von Rohde & Schwarz. Aufgezeichnet wird nicht das Funkspektrum selbst, sondern die digitale Modulation des Basisbands, welche das Spektrum erzeugt. Das erfolgt in den beiden Basissignalen I und Q. Sie werden von einem vorgeschalteten HF-Frontend in Echtzeit bereitgestellt. Dabei gibt es zwei verschiedene Hardware-Lösungen: Entweder das Modell mit 20 oder mit 99,5 MS/s. Jeweils abhängig vom eingesetzten Speicher.

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Rohde & Schwarz unterstützt Entwickler mit eigener Norm bei den I/Q-Daten

Für die digitale Funkkommunikation sind I/Q-Daten die übliche Form der Signalbeschreibung. Da es nie zu einer Normung einer universellen digitalen I/Q-Schnittstelle gekommen ist, hat Rohde & Schwarz für die eigenen Geräte einen Hausstandard definiert. Anschlussseitig basiert dieser auf einem handelsüblichen Steckverbinder, die Übertragung erfolgt seriell über ein proprietäres Protokoll.

Über die Schnittstelle lassen sich die eigentlichen I/Q-Daten übertragen und zusätzliche Metadaten. Grund: Ein I/Q-Wertepaar kann nur die relative Amplitude und die Phase eines Sinussignals (Basisband) codieren. Die Frequenzinformation zur Generierung einer lagerichtigen HF und der Absolutpegel müssen anderweitig beigesteuert werden. Reservierte Pins dienen zum Austausch weiterer Informationen beteiligter Geräte, etwa zum Transfermodus oder zur Datenrate.

Zusammen mit dem I/Q-Datenstrom lassen sich auch Steuer- und Status-Bits senden, etwa zum Triggern oder als Marker. Als Alternative lässt sich die R&S EX-IQ-Box einsetzen. Sie konvertiert die I/Q-Signale in beide Richtungen.

Die Daten werden im Labor entweder zur Weiterverarbeitung auf einen PC exportiert oder einem Vektor-Signalgenerator zugeführt, der sie in ein HF-Spektrum zurückverwandelt. Der Datenrekorder erfüllt diese Aufgabe beispielsweise als Bestandteil von Drive-Test-Systemen. Das Gerät bietet zudem schnellere Speichermodule und zusätzliche Optionen, was einen vielseitigen Einsatz ermöglicht.

Mit der Highspeed-Konfiguration des IQR100 lassen sich Aufzeichnungen mit den bereits erwähnten 99,5 MS/s realisieren, was einer Modulationsbandbreite von knapp 80 MHz entspricht (Bild 1). Damit erfasst der I/Q-Datenrekorder auch sehr breitbandige Funksysteme. Alternativ lässt sich die Bandbreite auch geteilt nutzen, um mehrere Funksignale gleichzeitig zu erfassen.

Die Live-Signale werden synchron aufgenommen

Ein für die Praxis wichtiges Kriterium ist die maximale Aufzeichnungsdauer. Sie ergibt sich aus der Datenrate, der I/Q-Auflösung und der Größe des Speichermoduls. Der Rekorder bietet eine SSD mit einem Speicher von 2 TByte, welche die I- und Q-Werte mit einer Auflösung von 16 Bit entgegennimmt. Die Werte liegen zwischen 18 Stunden für ein GPS-Signal bei einer Bandbreite von 6 MHz und 1,3 Stunden, wenn die gesamte Bandbreite verwendet wird. (Bild 2).

Möchte man die gesamte Bandbreite nutzen, dann ist ein entsprechend breitbandiges Frontend notwendig. Das wäre beispielsweise der Signal- und Spektrumanalysator R&S FSW. Komplettiert wird das messtechnische Setup zur Aufzeichnung, Wiedergabe, Analyse und Archivierung breitbandiger Live-Signale mit einem Vektor-Signalgenerator R&S SMBV100A.

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